la vie cachée dessols
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La vie cachée des solsL’élément essentield’une gestion durableet écologique des milieux
Le sol abrite plus de 25 % des espèces animales et végétalesactuellement décrites. L’activité de ces organismes assure lafertilité des sols, la qualité de notre alimentation, la pureté de l’airet la qualité de l’eau. L’accroissement de la pression exercée parles activités humaines (l’artificialisation des terres et les modesintensifs de gestion agricole et forestière) et les changementsglobaux, menacent directement la biodiversité du sol et le bonfonctionnement des sols. Une gestion durable des milieux supposed’élaborer des objectifs de préservation de la biodiversitéet d’intégrer la valeur des services écosystémiques dansl’évaluation des projets affectant le sol.
Contacts :� Marion BARDY, Service de la Recherche, DRI, CGDD, MEEDDM :[email protected]� Thomas EGLIN et Antonio BISPO, Animateurs scientifiques, ADEME :[email protected] et [email protected]
La citation de ce document doit se faire comme suit : Eglin T., Blanchart E.,Berthelin J., de Cara S., Grolleau G., Lavelle P., Richaume-Jolion A.,Bardy M., Bispo A. 2010. La vie cachée des sols, MEEDDM, 20pp.
Comité de rédaction :
� Eric Blanchart, chercheur spécialisé dans la macrofaune du sol
� Patrick Lavelle, chercheur spécialisé dans la macrofaune du sol
� Agnès Richaume-Jolion, chercheur en microbiologie
� Jacques Berthelin, chercheur en microbiologie
� Gilles Grolleau, chercheur en économie
� Stéphane de Cara, chercheur en économie
Conception de la plaquette :Béatrice Saurel - [email protected]
Octobre 2010
Crédits photo de la couverture : Antonio Bispo - Eric Blanchart - Claire Chenu - Isabelle Feix -
Commissariat général audéveloppement durableDirection de la recherche etde l’innovationService de la recherche
ADEME:7021-ISBN:978-2-11-128035-9
Le sol a longtemps été considéré uniquement comme le support de la productionagricole. Mis en place dès 1998 par le ministère chargé de l'Ecologie, leprogramme de recherche GESSOL trouve sa motivation dans la prise en comptede toutes les fonctions environnementales des sols et des organismes qui lespeuplent, qui sont cruciales et encore négligées.
A ce jour, le programme a déjà financé 31 projets de recherche qui ont contribué :� à la caractérisation des fonctions environnementales des sols et à la mise enévidence des rôles des organismes du sol,� à la mise en œuvre de systèmes d'observation de la qualité et de la biodiversitédes sols,� à l'évaluation des risques et moyens de remédiation liés aux dégradations etaux contaminations des sols,� à la compréhension des facteurs économiques, sociologiques et culturels quirégissent le rapport de l'homme au sol.En 2008, un ouvrage "Gestion durable des sols" synthétisant les recherchesmenées a été publié aux éditions Quae (www.quae.com).
Le présent document a été rédigé dans le cadre de l'année internationale de labiodiversité sous l'impulsion du Conseil Scientifique du programme GESSOL.
Sommaire
Le sol est un milieu vivant - 4
La biodiversité du sol - 6
Les rôles de la biodiversité du sol - 10
Une biodiversité menacée - 14
La préservation de la biodiversité du sol - 16
Observez la biodiversité du sol de votre jardin ! - 18
de haut en bas :coléoptère - ver de terre - mille-pattes - escargot - champignon - collembole
La conduite du programme GESSOL est assurée par le Service de larecherche au sein de la Direction de la recherche et de l’innovation duCommissariat général au développement durable du MEEDDM, en lienavec l’ADEME.
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Le sol est un élément essentiel de
notre environnement, c’est un milieu
plein de vie !
En effet, il abrite plus de 25 % des
espèces actuellement décrites.
Une cuillère à café de sol de jardin
peut contenir plus d’un million
d’organismes répartis en plusieurs
milliers d’espèces différentes.
Cette ressource vivante assure de
nombreux services indispensables
au fonctionnement des écosystèmes
terrestres et au développement
des sociétés humaines.
Outre sa fonction de supportde production, le sol remplit de nom-breuses fonctions environnementales,comme celle de filtre et de lieu destockage de l’eau et des polluants.La fertilité des sols, la qualité denotre alimentation, la pureté de l’airet la qualité de l’eau sont liées à unbon fonctionnement du sol et àl’activité des organismes qui lepeuplent. Même si chacun de cesorganismes vivants joue individuelle-ment un rôle spécifique dans lesfonctions et les propriétés du sol,c’est leur grande diversité et lesrelations qu’ils établissent entre euxqui mettent en œuvre des processusbiologiques à l’origine du bonfonctionnement des milieux terrestreset de leur adaptabilité aux changements(changement climatique ou d’usagedes terres).
La biodiversité du sol est une descomposantes les moins connues etles plus cachées de la biodiversité.Le sol est actuellement considérécomme la « troisième frontièrebiotique » au même titre que lesgrands fonds océaniques et lescanopées des forêts équatoriales.
Alors que la 6ème extinction de labiodiversité est annoncée1 il esttemps de mieux considérer cepatrimoine biologique qui détientles fondements d’une gestiondurable des milieux et desressources environnementales.
Combien de vie y a-t-ildans le sol ? (Biomasse)
Dans une prairie permanenteen zone tempérée, la faune du solreprésente jusqu’à 260 millions
d’individus par m²,correspondant au minimum
à 1,5 t/ha (soit environle poids de 50 moutons)
et à une abondance moyenne de200 vers de terre par m².
… mais reste largement méconnue
La vie du sol assure les fonctions du sol...
Œuf de ver de terre© A. Bispo, ADEME
Protozoaire ayant ingéré des spores de champignons© L. Palka, MNHN
© E. Micheli,Szent Univ, Hungary
© I. Feix, ADEME
Le sol est un milieu vivant
1- European Commission - DG ENV. 2010. Soil biodiversity : functions, threats and tools for policy makers.
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... habitant des niches très diverses.
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La biodiversité du sol
regroupe l’ensemble des formes de
vie qui présentent au moins un stade
actif de leur cycle biologique dans
les sols. Cela inclut les habitants
de la matrice du sol ainsi que ceux
de la litière, des bois morts en
décomposition ou des bouses.
Les organismes du sol sont généralementsubdivisés en plusieurs groupes :� la mégafaune comme les taupes,les crapauds et les serpents� la macrofaune, visible à l’œil nu(vers de terre, termites, fourmis,larves d'insectes)� la mésofaune, visible à la loupe(acariens, collemboles)� la microfaune, et les microorganismes,visibles seulement au microscope(protozoaires, nématodes, bactéries,champignons, algues)
Les plus petits organismes sont lesplus nombreux et les plus diversifiés :il existerait ainsi plus de 2 millionsd’espèces de bactéries et dechampignons dont seulement 1%aurait été identifié. Les vers de terrereprésentent quant à eux le groupedont la biomasse est la plus importanteet la diversité spécifique la mieuxconnue.
Le sol est un habitat complexe ethétérogène sur de courtes distances,qui comprend de nombreux espaceset où plusieurs formes de ressourcesnutritives co-existent. Dès lors,une multitude d’organismes vivantspeut coloniser ce milieu donnantnaissance à des chaînes trophiquestrès diversifiées. La plupart desespèces se retrouve dans les 2-3premiers centimètres du sol où lesconcentrations en matière organiqueet en racines sont les plus élevées.
Des organismes de toutes les tailles ...
La biodiversité du sol
1 10 100 1000 10000
Champignons
Bactéries
Protozoaires
Nématodes
Acariens
Collemboles
Fourmis
Termites
Vers de terre
Plantes vasculaires
Nombre d'espèces (x1000)
Espèces connuesEspèces inconnues
Taill
e
cm
µm
1- Champignons de sous-bois © C. Militon, ADEME2- Escargot © A. Bispo, ADEME3- Larve d’insecte © A. Bispo, ADEME4- Collembole © J. Cortet, INPL/ENSAIA
Algues du sol© A. Bérard, Cemagref
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Codes barres © L. Ranjart, INRA
Des profils code-barre des communautésbactériennes du sol peuvent être obtenus par
analyse de l’ADN du sol. Ces profils diffèrent enfonction de l’usage du sol : grandes cultures,prairies naturelles ou vignes. Des études plus
exhaustives sont actuellement en cours à l’échellede la France pour permettre d’évaluer l’impactdes différents modes d’usage des sols sur ladiversité microbienne des sols (programme
ECOMIC-RMQS).
Observation au microscope© A. Bispo, ADEME
Prélèvement de ver de terre© A. Bispo, ADEME
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L’identification, le comptage et la
caractérisation de la diversité des
organismes vivant dans le sol
permettent de définir des indicateurs
pertinents qui renseignent sur la
qualité des sols et plus largement de
leur environnement. Ces indicateurs,
encore en cours de développement,
pourraient être mesurés par des
laboratoires d’analyse et à terme par
les utilisateurs du sol eux-mêmes afin
de mieux connaître l’état de leurs sols.
La diversité des organismes du sols'étudie du gène à la communauté,de l'échelle du micro-agrégat à celledu paysage. L'étude desanimaux les plus gros (macrofaune)se fait par collecte ou piègeage suivide leur identification au laboratoire :on compte par exemple le nombre etla masse d’organismes par m²de sol.La grande majorité des organismesdu sol n’est cependant pas visible àl’œil nu. Il s’agit alors de prélever unéchantillon de sol (jusqu’à 100 g)afin d’extraire les organismes aulaboratoire à l'aide d'appareils spéci-fiques et de les observer à la loupeet au microscope. Pour les bactérieset les champignons microscopiques,les dernières technologies permettentd’extraire leur ADN du sol et decaractériser la structure, la densitéet la diversité génétique des espèces,voire même d’en identifier une partie.
Des expériences de recherches sontmises en place depuis quelquesannées pour mieux connaître labiodiversité du sol à l'échellenationale et pour déterminercomment les organismes du solpourraient être utilisés comme outilsde surveillance de la qualité des sols.
Ainsi, le premier protocole d’extractionde l’ADN des échantillons de sola été développé dans le cadre duprogramme GESSOL.
Par ailleurs, un programme nationalde recherche est actuellementcoordonné par l’ADEME, avec pourobjectif de définir une batterie de« bio-indicateurs de la qualité des sols ».
Etudier ce qui vit dans le sol
Des expériences nationales
La biodiversité du sol
La biodiversité du sol assure le fonction-nement du sol et des écosystèmes.Si les organismes du sol peuventêtre classés suivant leur taille, ilspeuvent aussi être regroupés selonleurs rôles, et ceci à différenteséchelles.
A- Les ingénieurs physiques del’écosystème (ex : vers de terre,termites, fourmis) renouvellent lastructure du sol, créent des habitatspour les autres organismes du sol etrégulent la distribution spatiale desressources en matières organiquesainsi que le transfert de l’eau.
B- Les régulateurs (nématodes,collemboles et acariens) contrôlentla dynamique des populations desmicroorganismes du sol et agissentsur leur activité. La présence d’unediversité de prédateurs permet parexemple de limiter la proliférationde certains champignons ou bactériespathogènes des cultures.
C- Les ingénieurs chimistes,principalement les microorganismes(les bactéries et les champignonsmicroscopiques) assurent la décom-position de la matière organique(ex : les feuilles des arbres) enéléments nutritifs facilementassimilables par les plantes commel’azote et le phosphore. Ils sontégalement responsables de ladégradation des polluants organiquescomme les hydrocarbures etles pesticides.
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Les rôles de la biodiversité du sol
Chaque année,les organismes du sol
peuvent recycler 25 t dematière organique sur
une surface équivalente àun terrain de football,soit plus de 7 000 m2.
1- Mille-pattes2- Taupe3- Champignons4- Carabe5- Collembole6- Escargot7- Acarien8- Ver de terre9- larve d’Insecte10- Nematode © C. Chenu, INRA11- Pseudo-scorpion12-13-15 - Bactéries du sol© Karl Ritz, Cranfield Univ., UK14- Algue© Karl Ritz, Cranfield Univ., UK
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La décontamination des eauxet des sols
Les microorganismes peuvent immo-biliser et dégrader les polluants.Cette alternative aux méthodesconventionnelles de dépollutionpourrait permettre de réduire lecoût de la décontamination des solsen Europe estimé en 2000 entre 59et 109 milliards d’Euros1.
La santé humaine
Les organismes du sol, par leurétonnante diversité, constituent leplus important réservoir deressources génétiques et chimiquespour le développement de nouveauxproduits pharmaceutiques. Parexemple, l’actinomycine et lastreptomycine sont des antibiotiquescommuns dérivés des champignonsdu sol. Aujourd'hui, de nombreuxscientifiques étudient la biodiversitédu sol afin de découvrir les médica-ments du futur mais aussi desbiocatalyseurs (ex: bioraffinage desmatériaux lignocellulosiques).
Sol dégradé par l’érosion hydrique© V. Souchère, INRA
© I. Feix, ADEME © N. Bertrand, INRA
© I. Feix, ADEME
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Les organismes du sol produisent
des services essentiels aux sociétés
humaines en maintenant les qualités
environnementales et productives
des milieux.
La fertilité du sol
Les organismes du sol supportentindirectement la qualité etl’abondance de la productionvégétale en renouvelant la structuredu sol, en permettant la décompositiondes matières organiques et en facilitantl'assimilation des nutriments minérauxdisponibles pour les plantes.
La protection des cultures
Avoir une importante biodiversité dessols, c’est augmenter la probabilitéque les sols hébergent un enneminaturel des maladies des cultures.Maintenir ou favoriser une grandebiodiversité des sols permet donc delimiter l’utilisation des pesticides.
La présence d’« ingénieurs del’écosystème » tels que les vers deterre favorise l’infiltration de l’eaudans le sol en augmentant laperméabilité des horizons desurface. Par exemple, la disparitionde populations de vers de terre dansdes sols contaminés peut réduirejusqu’à 93% la capacité d’infiltrationdes sols et amplifier le phénomèned’érosion.
La régulation du cycle de l’eau etla lutte contre l’érosion des sols
Les rôles de la biodiversité du sol
1- EEA, 2000. Down to the earth: Soil degradation and sustainable development in Europe. Copenhagen, Denmark.
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La valeur des services rendus parla biodiversité des sols n'estgénéralement pas perçue par lesbénéficiaires. Donner une valeuréconomique à chacun de ces servicesen favoriserait la prise en compte.Ici, il s’agit tout autant d’estimer lavaleur de la biodiversité des sols auxéchelles globales et nationales afind’élaborer des objectifs de protectionque de l’intégrer dans le coût dechaque projet à l’échelle locale.Ainsi, la prise en compte effective dela valeur des services écosystémiquesliés à la biodiversité des sols pourraitcorriger voire inverser les écarts derentabilité entre différents typesd’usage du sol ou de pratiquesagricoles.
Recyclage des résidus
Formation du sol
Fixation d’azote
Bioremédiation des produits chimiques
Biotechnologies
Biocontrôle des espèces nuisibles
Pollinisation
Autres aliments naturels
Un des moyens d’évaluer la biodiversité estd’en estimer la valeur économique.
Site pollué© F. Marot, ADEME
Sol imperméabilisé© A. Bispo, ADEME
d’après Pimentel et al. 19971.Les bénéfices économiques globaux liés à la biodiversitésont des résultats annuels exprimés en dollars.
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L’accroissement de la pression
exercée par les activités humaines
(l’artificialisation et l’imperméabilisation
des terres, leurs modes de gestion
agricole et forestière) et les
changements climatiques, sont et
seront les principales causes des
dégradations que subissent les sols.
La biodiversité du sol est directementménacée par les dégradations tellesque l’érosion, la diminution des teneursen matières organiques, les pollutionslocales et diffuses, le tassement,l’acidification, l’imperméabilisationet la salinisation des sols.
Le changement d’usage des terres(ex: urbanisation, mise en culture,déforestation) est la première causede baisse de biodiversité car lesorganismes du sol n’ont généralementpas le temps de se déplacer ou des’adapter à leur nouvel environ-nement. Généralement, les prairiesnaturelles abritent une plus grandediversité d'organismes que les solsagricoles soumis à des pratiques plusintensives. Dans les agglomérationsurbaines, la fermeture des sols et lecloisonnement des espaces vertsmenacent directement le maintiende la biodiversité.
Une biodiversité menacée
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Les bénéfices économiques globaux liés àla biodiversité ont été évalués à plus de 1500 milliards
de dollars. Une grande partie de ces servicesest fournie par les organismes du sol
La biodiversité du sol est menacée ...
... malgré l'importance de sa valeur économique
1- Pimentel et al. 1997. Economic and Environmental Benefits of Biodiversity. BioScience, 47(11) : 747-757.
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Limiter les intrants agro-chimiques etla contamination des sols
L’utilisation de pesticides et defertilisants chimiques favorise lesrendements mais les matières activespeuvent nuire aux organismes dusol. Par ailleurs, les apports decontaminants volontaires (ex : bouilliebordelaise à base de cuivre) ouinvolontaires (ex : cadmium dans lesengrais, mercure dans les boues destations d’épuration, zinc dans leslisiers) peuvent avoir une influencesur les organismes du sol conduisantà des modifications de la biodiversité.
Prévenir le tassement du sol
Le tassement du sol par des passagesrépétés d’engins, en particulier sursol mouillé, diminue les quantitésd’air, d’eau et d’espace disponiblespour les racines et les organismesdu sol. Comme la remédiation estdifficile voire impossible, la préventionest essentielle (ex : utilisation depneus basse pression, réductiondu nombre de passages).
Minimiser le risque d’érosion
Un sol nu est sensible à l’érosion parle vent et l’eau, au dessèchement età l’encroûtement. La présence d'unecouverture végétale ou de résidus decultures protège le sol, fournit deshabitats pour les organismes du solet peut améliorer la disponibilité eneau et en nutriments.
Vigne enherbée© I. Feix, ADEME
Tassement du sol sous forêt© A. Bispo, ADEME
Epandage de fumier© L. Mignaux, MEEDDM
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Les politiques d’aménagement du
territoire et de gestion des sols ont
une importance primordiale sur
la biodiversité des sols et donc les
services rendus. Bien que les activités
humaines pèsent très fortement sur le
sol et ses fonctions écologiques,
elles n’ont pas toujours un impact
négatif et ne sont pas toutes
irréversibles. Les agriculteurs savent
par exemple améliorer la qualité de
certains sols par le biais de pratiques
favorables à la biodiversité.
Augmenter la teneur en matièreorganique
Des apports réguliers de matièreorganique améliorent la structuredu sol, augmentent la capacité derétention de l’eau et des nutriments,protègent le sol contre l’érosion etle tassement et soutiennent ledéveloppement d’une communautésaine d’organismes du sol. Lespratiques, comme le maintien desrésidus de culture à la surface du sol,les rotations qui incluent des plantesà fort taux de résidus, les systèmesavec peu ou pas de labour oul’épandage de compost augmententla teneur en matière organique.
Quelques exemples de pratiquesfavorables à la biodiversité des sols :
La préservation dela biodiversité du sol
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Clé simplifiée de la macrofaune du solinspirée de Ruiz et al. 2008
Observez la biodiversitédu sol de votre jardin !
Des pattes?
Des ailes?
Combien de paires de pattes?
Insectespunaisesblattes
sauterellescoléoptères
...
Insecteset larvesfourmis
...
Araignéescorpionsopillions
pseudo-scorpions
Isopodescloportes
Annélidesver de terre
Larvesd’insectes
Mollusquesescargotslimaces
Mille-pattes
Un corps segmenté?
Oui Non
NonNon
Non
Oui Oui
Oui3 4 5à7 >15
Un corps vermiforme ?
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Collectez simplement la macro-faune du sol de votre jardin !
Coupez une bouteille plastique endeux. Insérez le col de la bouteilledans sa base comme un entonnoir etscotchez le joint. Mettez un peu d'eaudans la bouteille avec deux gouttes deproduit vaisselle. Enterrez ce dispositifdans le sol pour que le haut coïncideavec la surface du sol. Laissez-la pourla nuit. Le matin, voyez qui est tombédedans !
Astuce : Placez ce dispositif àdifférents endroits de votre jardin pour
avoir une idée de la diversité desorganismes qui le peuplent.
© I. Feix, A. Bispo - ADEME
1- http://www.fao.org/docrep/011/i0211e/i0211e00.HTM
©D.Cluzeau